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Procédé de fabrication d'hydrates cristallins stables de silicates alcalins.
La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de silicates cristallins d'alcalis sous une forme stable.
Sous le terme "silicate de sodium" on entend habituellement des produits solides vitreux ayant une te- neur variable en oxyde de sodium et en acide silicique, ou des solutions de ces produits. Ces produits contien- nent habituellement deux ou plusieurs parties d'acide
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silicique pour une partie d'oxyde de sodium. Leurs so- lutions sont des liquides sirupeux, visqueux qui dans les conditions ordinaires n'ont pas de tendance à la cristallisation.
Bien que quelques silicates de sodium cristallins soient connus de la-science depuis quelques temps, ils n'ont pas acquis l'importance qui leur re- vient, dans l'industrie spécialement à cause des diffi- cultés qui se produisent lors de leur fabrication sous une forme physiquement acceptable ainsi que lors des essais faits pour les utiliser sous la forme obtenue jusqu'à présent.
Le métasilicate de sodium cristallise dans des lessives-mères qui possèdent des propriétés visqueuses et sont difficiles à séparer des cristaux, de sorte que les produits cristallins ou les mélanges qui contient nent ces produits ont la tendance de s'agglomérer en masses solides difficilement utilisables. En outre, les produits obtenus jusqu'à présent possèdent un certain défaut de stabilité, ce qui sera expliqué avec plus de détail dans la suite. On peut attribuer cette propriété à des réactions qui se présentent entre les différentes particules venant en contact, mais avant tout au passa- ge d'un hydrate à un autre. Dé semblables transforma- tions sont habituellement accompagnées d'une aggloméra- tion ou d'une formation de blocs.
Une des raisons principales de l'agglomération et de l'agglutination de sels solides aqueux ou de leurs mélanges réside dans le fait que l'eau passe d'un cons- tituant du produit dans l'autre. Cet inconvénient se présente moins lorsque toutes les différentes particu- les ont la même composition et présentent la même ten- sion de\vapeur ou lorsque les particules différent peu
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seulement de composition et de pression de vapeur.
La. présente invention se rapporte en premier lieu à la combinaison métasilicate de sodium et à ses différents hydrates ; le métasilicate de sodium peut en effet être considéré comme le silicate alcalin ou le si- licate soluble le plus important pour l'industrie. D'au- tres silicates alcalins et cristallins, comme par exemple le disilicate de sodium, le métasilicate de potassium, le disilicate de potassium et le métasilicate de lithium sont connus et d'autres seront probablement encore décou- verts. Pour étendre l'application du procédé décrit éga- lement à la fabrication d'hydrates cristallins d'autres silicates solubles ou d'autres hydrates que ceux expressé- ment indiqués, ces hydrates seront compris dans le cadre de la présente invention.
En résumé on peut dire que les caractéristiques principales de l'invention sont les suivantes :
1) Fabrication d'hydrates cristallins de silicates alcalins, par exemple de métasilicate de sodium, sous une forme stable.
2) Fabrication d'hydrates cristallins de silicates alcalins, par exemple de métasilicate de sodium, sous la forme de masses cristallines. solides qui consistent principalement en un hydrate ou en plusieurs hydrates sta- bles l'un à. côté de l'autre à des températures en-dessous de leur point de fusion ou de transformation.
3) Fabrication d'hydrates cristallins de silicates alca.lins, par exemple de métasilicate de sodium, exempts de lessive-mère adhérente, c'est-à-dire un procédé grâce auquel l'adhérence de la lessive-mère est évitée par le fait que le liquide est amené complètement sous la forme de cristaux.
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4) Fabrication de masses cristallines ou solides de différents hydrates de silicates alcalins, par exemple de métasilicatee de sodium, dont les différentes particu- les ne s'agglomèrent pas.
5) Fabrication d'hydrates cristallins de silicates alcalins, par exemple d'hydrate de métasilicate de so. dium, qui peuvent être amenés par broyage sous la forme de poudre, de granules ou de posière.
6) Fabrication de mélanges stables et ne s'aggluti- nant pas d'hydrates cristallins de silicates alcalins, comme le métasilicate de sodium, avec d'autres sels.
Dans la description de la réalistion du procé- dé on décrira tout d'abord une forme de réalisation aven- tageuse pour la fabrication da métasilicate de sodium cristallin, consistant principalement en un hydrate.
On emploie le plus souvent connue matière de dé- part le silicate de sodium du commerce et l'on ajoute à ce dernier une certaine quantité de soude caustique qui correspond à la quantité qui est nécessaire pour amener le rapport acide silicique--oxyde de sodium à la composi- tion théorique de métasilicate de sodium Na2SiO3. La so- lution de métasilicate de sodium peut également être fa- briquée suivant un autre procédé approprie, par exemple par une solution d'une masse fondue de composition appro- priée, par l'action de soude caustique sur l'acide sili- cique, etc... La teneur en eau de la solution est alors réglée en concordance avec la composition de l'hydrate cristallin désiré, par évaporation ou par addition d'eau.
La température du mélange est amenée à peu près à la tem- pérature du point de fusion. de l'hydrate désiré ou autant que possible un peu en%dessous et est maintenue autant @
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que possible à la même valeur par apport de chaleur ou par refroidissement jusqu'à ce que la cristallisation soit effectivement terminée.
Ces solutions tendent à se refroidir sans cris- talliser; lorsque la cristallisation ne commence pas im- médiatement, on peut ajouter un peu de métasilicate de sodium cristallin pour produire la formation de germes de cristallisa.tion. Il est à recommander en général d'em- ployer comme sel d'inoculation l'hydrate qui doit être fabriqué. Un mélange rapide et énergique du sel d'inocu- lation est avantageux. Il est à recommander par consé- quent d'agiter pendant l'introduction du sel d'inocula- tion et de continuer l'agitation aussi longtemps que pos- sible.
Lorsque la cristallisation s'est produite jusqu'à un degré approprié, on peut retirer la masse de la chau- dière d'agitation et la couler dans des moules dans les- quels elle se dépose en masses solides pouvant être mou- lues; la température indiquée doit être maintenue autant que possible.
Lors de la cristallisation, de la chaleur est mise en liberté; lorsque les moules ont une grandeur suf- fisante, la température nécessaire peut être atteinte approximativement sans que de la chaleur doive être/appor- tée en outre.
Il existe une zone de température déterminée dans laquelle chaque hydrate à volonté peut être obtenu et dans laquelle également l'inoculation ainsi que la cristallisation peuvent se produire car chaque hydrate possède un point de fusion bien défini. Lorsque la tem- pérature du mélange est maintenue au-dessus du point de fusion des hydrates qui fondent à la température plus basse mais pas à température plus élevée que l'hydrate désiré (de préférence dans le voisinage du point de fusim
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"de l'hydrate désiré, mais un peu en-dessous) il se forme à partir d'un mélange qui est calculé pour un hydrate dé- terminé, lors de la cristallisation, seulement cet hydra- te désiré.
On indiquera ci-dessous des exemples de la réa- lisation de l'invention sans que toutefois celle-ci soit limitée à ces exemples.
Exemple pour la fabrication de Na2SiO3.9h2O.
A 1000 parties en poids d'une solution de silicate de sodium ayant une teneur de 8,9 % de Na2O et 28,5 % de SiO2, on ajoute 79 parties d'eau et à ce, mélange 271 parties en poids de soude caustique ayant une teneur de 76 %-de Na2O. La solution s'échauffe des que la soude caustique est dissoute; l'eau perdue par évaporation doit être entièrement remplacée. Le poids total du mélange terminé doit être de 1350 parties en poids. Après que le mélange a ensuite été refroidi à une température un peu en-dessous de 47 C et a été agité après introduc- tion de sel d'inoculation, il se produit si l'on main- tient la température à la valeur indiquée, une cristalli- sation de l'ensemble de la solution en une masse pouvant être broyée.
Exemple pour la fabrication de Na2SiO3.5H2O.
----il----
A 1000 parties en poids d'une solution de silicate de sodium ayant une teneur de 8,9 % de Na2O et 28,5 % de SiO2, on ajoute 271 parties de soude caustique ayant une teneur de 76 % de Na2O. La solution est évaporée jusqu'à ce que le poids total de 1271 parties soit réduit à 1016 parties. Le liquide chaud doit alors indiquer un peu en- dessous de 63 Bé.Il est refroidi jusqu'à unetempérature
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un peu inférieure à 70 C. On introduit alors le sel d'inoculation, on agite ensuite et on maintient la tem- pérature un peu en-dessous de 72 C; la masse devient ainsi entièrement solide. Elle consiste en des cristaux
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ayant comme composition Il'a2Si03.H20.
Il est à signaler spécialement que l'on peut fabriquer également suivant le présent procédé d'autres hydrates ; la fabrication de tous ces hydrates rentre dans le cadre de la. présente invention. Il a été trouvé qu'au moins les hydrates suivants peuvent être fabriqués suivant la présente invention :
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<tb> Hydrates <SEP> Point <SEP> de <SEP> fusion <SEP> (appro-
<tb> (ximat.
<tb>
<tb>
Na2SiO3. <SEP> 9 <SEP> H2O <SEP> 47 <SEP> C.
<tb>
<tb>
Na2Si03 <SEP> . <SEP> 8 <SEP> H2O <SEP> 49 <SEP> C.
<tb>
<tb>
Na2SiO3. <SEP> 6 <SEP> H20 <SEP> 62 <SEP> C.
<tb>
<tb>
Na2SiO3. <SEP> 5 <SEP> H2O <SEP> 72 <SEP> C.
<tb>
Il y a en outre également des sels dont la te- neur en eau de cristallisation vaut probablement 4 et 2 1/2 molécules et qui peuvent être obtenues suivant le nouveau procédé; leurs constantes ne sont toutefois pas encore déterminées avec une précision telle que leur point de fusion ou de transformation précis puisse être indiqué.
Bien que le procédé décrit soit le plus usuel, on peut également fabriquer des combinaisons de différents hydrates qui ne s'agglomèrent pas non plus et sont stables aux températures ordinaires. Il a par exemple été établi que les combinaisons suivantes sont stables.
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<tb> Produit <SEP> de <SEP> transformation:
<tb>
EMI7.4
'Na2sio 3* 9 H20 - Na2sio3o 8 H20 environ 46.40 0.
Na2SiO3o 8 H20 - NaSi03. 6 H20 " 46 Na2sio,34 6 E20 - Na2Si03. 5 E20 " 53
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On peut trouver en outre beaucoup d'autres com- binaisons par des essais sur la base des prescriptions de réalisation de,la présente invention. Comme exemple pour la fabrication ,d'un mélange stable de différents hydrates on indiquera le procédé suivant.
Exemple pour la fabrication d'un mélange de Na2SiO3, 6 H2O et de Na2SiO3. 8 H2O par voie humide.
A 1000 parties d'une solution de silicate de so- dium ayant¯une teneur de 8,9 % de Na2O et 28,5 % de SiO2, on ajoute 271 parties de soude caustique ayant une teneur de 76 % de Na2O. La solution obtenue est évaporée jusqu'à ce que le poids total soit réduit de 1271 parties en poids à 1178 parties en poids. La solution est alors refroidie jus- qu'à une température un peu inférieure à 46 C; 46 C est le point de transformation pour Na2SiO3. 8 H2O et Na2SiO2. 8 H2O La solution est alors amorcée au moyen d'un mélange de 50 parties de NaSiO3. 8 H2O pulvérisé et de 50 parties de Na2SiO3. 6 H2O pulvérisé. Avec agitation énergique, la température est maintenue à la même valeur. Toute la masse durcit en un gâteau solide pouvant être moulu.
Il est à remarquer particulièrement que ces hydra- tes peuvent en général être moulus en produits en forme de granules, de poudre ou de poussière. Cette propriété est toutefois différente suivant la texture spéciale des diffé- rentes sortes d'hydrates.'La présente invention embrasse la fabrication de tous les hydrates qui ne s'agglutinent ou ne s'agglomèrent pas aux températures ordinaires, c'est- à-dire des produits finaux.qui restent relativement meubles et ne s'agglomèrent pas de sorte qu'on peut les retirer ra- pidement.de leurs emballages.
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La stabilité et l'écoulement libre des produits granulés et pulvérulents sont les propriétés avantageuses des hydrates de métasilicate de sodium établis suivant la présente invention; ces propriétés existent également en cas de mélanges avec d'autres sels. Lorsqu'on part d'un métasilicate de sodium défini quelconque dont les proprié- tés sont connues, on peut choisir pour le mélange avec celui-ci des substa.nces appropriées lorsqu'on envisage leur action sur l'hydrate de métasilicate de sodium cor- respondant. On obtient ainsi des mélanges qui s'écoulent librement et sont stables aux températures ordinaires.
On peut par exemple employer pour le mé-lange d'une part des hydrates cristallins de carbonate alcalin, de borate alca- lin ou de phosphate alcalin (en tenant compte de leur ten- sion de vapeur partielle) et d'autre part un hydrate de métasilicate de sodium ayant environ la même pression d'eau partielle et obtenir ainsi un mélange dans lequel la tendance de l'eau à passer d'un constituant dans l'au- tre est limitée au minimum. Pour fabriquer de semblables mélanges on emploie les différents hydrates solides fabri- qués séparément ou bien on fait cristalliser les deux sels de la même solution avec formation d'une masse solide pou- vant être broyée qui est exempte de lessive-mère. Dans beaucoup de cas, il est possible d'obtenir le même mélan- ge aussi bien par l'une que par l'autre façon d'opérer.
On peut également employer des sels alcalins anhydres pour la fabrication de mélanges stables avec différents hydra- tes cristallins de silicate.
Il ressort clairement de ceci que le nombre de semblables mélanges est très grand et que les conditions pour leur fabrication dépendent complètement des proprié- tés des différents sels, du point de fusion de leurs dif- férents hydrates et de leur réaction éventuelle/avec le
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métasilicate de sodium.
On donnera ci-après un exemple de la fabrication d'un mélange stable'par voie sèche et par voie humide sans que l'invention soit limitée à celui-ci.
Na2SiO2.6 H2O- Na2CO3. fabriqué par voie humide.
A 1000 parties en poids d'une solution de sili- cate de sodium ayant une teneur de 8,9 % de Na2O et 28,5 % de SiO2. on ajoute 27I parties de soude caustique avec une teneur 'de 76 % de Na2O. Après que la soude caustique est complètement dissoute on ajoute 800 parties de carbonate de sodium anhydre. Le mélange est alors évaporé jusqu'à ce que son poids total soit réduit de 2071 parties à 1816 par- ties. Il est refroidi à une température un peu en-dessous de 70 C. On introduit alors comme sel d'inoculation du pen- tahydrate de métasilicate de sodium, on mélange et l'on maintient la température de la masse, comme on l'a indiqué, à la même valeur.
La masse devient solide et donne un mé- lange, susceptible d'être moulu,'de Na2SiO3. 5 H2O et Na2CO3 Na2SiO3.9 H2O- Na3PO4. 12 H2O. fabriqué par voie sèche.
2 3 2 3 4 2
A 1000 parties de Na2SiO2. 9 H2O, on ajoute 1000 parties de Na3PO4 12 H2O (phosphate trisodique du commerce) le mélange est alors malaxé convenablement au moyen de pel- les sur le sol, par le.passage à travers un tamis ou par un dispositif approprié de mélange.
La fabrication d'un mélange de Na2SiO3. 9 H 0 et
2 3 2 NaPO . 12 H2O par voie humide.
A 1000 parties en poids d'une solution de silica- te de sodium ayant une teneur de 8.9 % de Na2O et 28,5 % de SiO2 on ajoute 79 parties d'eau et à ce mélange 271 par- @ ties en poids de soude .'caustique avec une teneur fe 76 % de
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Na2O. Lors de la dissolution de la soude caustique la tem- pérature s'élève; l'eau perdue par évaporation doit être remplacée. Le poids total du mélange terminé doit valoir 1350 parties en poids. Le mélange est refroidi à 60 C après quoi on y introduit 200 parties en poids de phosphate triso- dique du commerce.
La masse est alors refroidie à 47 C et 100 parties en poids de Na2SiO3. 9 H2O finement moulu sont introduites comme sel d'inoculation ; masse est agitée et maintenue à une température un peu en-dessous de 47 C On coule alors le mélange dans des moules dans lesquels il durcit en gâteaux durs pouvant être moulus.
A propos de l'introduction du sel d'inoculation, indiquée plus haut, ainsi que de l'agitation, il est à re- marquer encore que dans les silicates alcalins la cristal- lisation commence relativement lentement ; il est par con- séquent avantageux d'employer une quantité de sel d'inocu- lation suffisante pour la formation d'un grand nombre de germes de cristallisation et de bien agiter le sel d'inocu- lation avec la masse pour que la cristallisation se produi- se uniformément dans toute la masse. En cas d'introduction de quantités insuffisantes de sel d'inoculation ou en cas d'un mauvais mélange il peut se former lors de la cristal- lisation des masses solides qui sont imprégnées ou entou- rées de solution épaisse.
L'expression "stabilité" employée dans la descrip- tion doit signifier que le produit ne se modifie pas chimi- quement et qu'en l'absence d'eau étrangère un passage de l'eau de cristallisation d'un hydrate cristallin de métasi- licate de sodium à un autre hydrate ou éventuellement une autre particule de sel est impossible. La mesure de sembla- bles variations est la tendance des différentes particules de se modifier ou de s'agglomérer. Des variations qui ne
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provoquent pas ces effets sont sans importance pour la sta- bilité des produits.' Cette propriété diffère de toute ten- dance des cristaux à l'absorption d'humidité de l'air.
Le métasilicate de sodium peut s'employer avanta- geusement avec d'autres substances par suite de son action de nettoyage. Il possède la propriété particulière de pré- senter un degré élevé d'alcalinité qui reste maintenu jus- qu'à sa neutralisation à peu près complète. Il convient par conséquent très bien pour conserver l'efficacité de solutions de nettoyage jusqu'à un degré élevé. En même temps son action corrosive est moindre que celle de la soude cauo- tique. Ces propriétés le rendent particulièrement utilisa- ble pour le nettoyage d'objets en verre, par exemple de bouteilles à lait ou de récipients à boire, en outre pour le nettoyage de métaux en vue du plaquage ou du laquage ainsi que pour le lavage de matières textiles en combinai- son avec du savon et d'autres matières alcalines.
REVENDICATIONS:
I.- Procédé pour la fabrication d'hydrates cris- tallins stables de silicates alcalins à partir de solutions de silicates alcalins, caractérisé en ce qu'on amène les solutions de silicate alcalin, à des températures élevées, à la quantité d'eau nécessaire pour la forme d'hydrate dé- sirée, et en ce qu'on provoque la cristallisation complète de ces solutions, éventuellement avec agitation, à des tem- pératures ou un peu en-dessous dd températures qui corres- pondent au point de fusion de l'hydrate désiré de silica- te alcalin.